Soekarno, Vol. 13 No. 1Rohmat. Januari 2006
urnal TEKNIK SIPIL
Kajian Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil Berdasarkan Model Infiltasi Empirik untuk DAS Bagian Hulu (Kasus pada Cekungan Kecil Cikumutuk DAS Cimanuk Hulu) Indratmo Soekarno1) Dede Rohmat2) Abstrak Infiltrasi kumulatif dihitung oleh F(f) = f(t).t. Laju infiltrasi (f(t)) merupakan fungsi kelembaban tanah awal (2); kandungan pori drainase cepat dan drainase lambat (0c dan 0l); serta durasi dan probabilitas hujan (t dan p). Nilai F(t) (mm) semakin besar dengan bertambahnya waktu hujan dan semakin kecilnya probabilitas hujan. Nilai ini berkisar antara 1,59 – 20,50 untuk lahan palawija; 1,88 – 21,23 untuk lahan agroforestri; 1,36 – 17,84 untuk lahan tidak digarap; 1,11 – 23,88 untuk lahan kayu campuran; dan 1,28 – 22,59 untuk lahan permukiman. Koefisien limpasan riil cekungan (C); merupakan perbandingan antara limpasan hujan empirik (ROempirik) dengan limpasan hujan model (ROC). Koefisien C model cekungan kecil (CM) diformulasi sebagai fungsi dari t dan p. dengan H = (9,16 + 6,61.t). Pada hujan rendah (< 4 mm), nilai CM adalah kecil (< 0.30). Pada hujan lebih besar (> 6 - 24 mm), nilai CM lebih tinggi (≥ 0.30 – 0.60). Pada hujan > 24 mm, nilai CM cenderung menuju konstan. Nilai (1–CM) menunjukkan proporsi air dari ROC yang tersimpan pada cekungan kecil dalam bentuk intersepsi oleh tumbuhan; tertahan oleh ledok, tampungan kecil, atau reservoir-reservoir buatan, baik di permukaan maupun di dalam tanah. Simpanan ini, sekitar 40 % dari ROC. Kata-kata Kunci: Koefisien limpasan hujan, cekungan kecil, model infiltasi empirik. Abstract Cumulative infiltrate calculated by F(t)= f(t).t. Rate of infiltrate (f(t)) is function of initial soil moisture (2), content of rapid and slow drainage pores ( ηc and ηl); and duration and probability of rain (t and p). Value of F (t) (mm) ever greater by increasing rain duration and smaller rain probability. This value range from 1,59 20,50 for the second crops; 1,88 - 21,23 for the agro forestry; 1,36 - 17,84 for the non arable land; 1,11 - 23,88 for the forest; and 1,28 - 22,59 for the settlement. The real runoff coefficient of small basin (C) is comparison between empirical run off (ROempirik) with the model run off (ROC). The Coefficient C model (CM) had formulated as with H = (9,16 + 6,61.t). At low rainfall (< 4 mm), the CM is small (< 0.30); at bigger rainfall (> 6 - 24 mm) the value of CM is higher (0.30 - 0.60); and at rainfall > 24 mm CM is tend to go constantly. The value of (1-CM) indicate proportion of ROC which storage in the forms interception by plant, micro basin on the land surface, or artificial reservoirs. That is around 40 % of ROC. Keywords: Run off coefficient, small basin, empirical infiltration model.
1. Pendahuluan
(Departemen Kehutanan, 1985). Lahan ini kebanyakan berada di Pulau Jawa dan Sumatera.
Pada tahun tahun 1984 dicanangkan program nasional untuk menangani Daerah Aliran Sungai (DAS) ‘Super Prioritas’. Ptrogram ini dicanangkan untuk mencegah semakin meluasnya lahan kritis di Indonesia yang hingga tahun 1995 telah mencapai 43 juta hektar (ha)
Program penanganan DAS ‘Super Prioritas’ tersebut mencakup 39 DAS prioritas yang terdapat di 33 propinsi, 193 Kabupaten; setara dengan 63 juta ha, dan 13 juta ha di antaranya merupakan lahan kritis
1. Staf Pengajar Prodi Teknik Sipil FTSL - ITB 2. Staf Pengajar Jurusan Pendidikan Geografi FPIPS UPI Catatan : Usulan makalah dikirimkan pada Juli 2005 dan dinilai oleh peer reviewer pada tanggal 02 Agustus 2005 - 29 Nopember 2005. Revisi penulisan dilakukan antara tanggal 21 Nopember 2005 hingga 08 Desember 2005.
Vol. 13 No. 1 Januari 2006 23
Kajian Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil Berdasarkan Model Infiltasi Empirik ...
yang perlu direhabilitasi (World Bank, 1993).
U
Jakarta Bekasi
Kondisi hidroorologi DAS merupakan salah satu indikator, apakah suatu DAS dikatagorikan super prioritas atau tidak. Terdapat tiga parameter kondisi hidroorologi yaitu keseimbangan hidrologi, tingkat erosi, dan tingkat sedimentasi. Dua parameter terakhir sebenarnya merupakan fungsi dari parameter yang disebutkan pertama. Kondisi hidrologi suatu kawasan DAS dikatakan tidak seimbang, jika limpasan hujan akibat suatu kejadian hujan lebih besar daripada air yang disimpan dalam kawasan DAS. Infiltrasi, intersepsi dan storage merupakan bentuk-bentuk simpanan air hujan dalam kawasan DAS. Ketidakseimbangan ini menyebabkan ratio antara debit (limpasan hujan) maksimum pada musim hujan dengan debit minimum pada musim kemarau menjadi sangat besar. Dalam kaitan ini, mengetahui komposisi komponen hidrologi secara akurat, terutama hujan, limpasan hujan, dan storage cekungan dalam suatu satuan hidrologi menjadi sangat strategis. Namun demikian, data komponen hidrologi tersebut sangat terbatas. Studi untuk mengetahui komposisi setiap komponen hidrologi dengan menggunakan model lapangan Cekungan Kecil Cikumutuk sebagai kasus telah dilakukan oleh Rohmat (2005). Walaupun secara sepintas sangat sporadis dan sulit dikenali, pola intensitas hujan (It) untuk suatu kawasan DAS dapat diformulasikan berdasarkan durasi dan probabilitasnya (Rohmat, 2005). Berdasarkan pola intensitas hujan tersebut, dan pengembangan model infiltrasi kolom tanah, maka formula untuk menduga besarnya limpasan hujan suatu Cekungan Kecil, juga telah diformulasikan (Rohmat, 2005). Kajian mengenai Koefisien Limpasan Hujan untuk Cekungan Kecil dilakukan guna memformulasikan komposisi komponen hidrologi, terutama untuk mengetahui berapa besar hujan yang mampu disimpan oleh cekungan kecil.
2. Kondisi Umum Lokasi Penelitian Penelitian dilaksanakan di Cekungan Kecil Cikumutuk sebagai cekungan kecil kasus. Secara administratif cekungan kecil ini terletak di Kecamatan Malangbong Kabupaten Garut Propinsi Jawa Barat (Gambar 1), dan secara geografis terletak pada 108o14’08’’ BT108o16’16’’ BT dan 06o54’44’’LS – 07o01’36’’LS. Luas Cekungan kecil sekitar 128,42 ha, dan terletak pada ketinggian 560 – 800 meter di atas permukaan laut (m dpl). Kemiringan lereng berkisar antara 15 >40 %. Rata-rata hujan tahunan wilayah Cekungan Kecil Cikumutuk sekitar 2.676 mm per tahun.
24 Jurnal Teknik Sipil
Indramayu Subang Purwakart
Bogor
Cirebon Sumedan Majalengk
Cianjur Sukabumi
Bandung Kuningan
West Java Prov. Site of Research
Garut Tasik
0
Ciamis
6
Gambar 1. Lokasi daerah studi
Batuan daerah penelitian merupakan hasil erupsi gunung api tua yang terjadi pada zaman plioplestosen, umumnya terdiri dari perselingan breksi, lava, tufa dan lahar bersusunan andesit sampai basal (Purwanto, 1999). Tanah di lokasi penelitian termasuk Oxorthox; Haplorthox; Rodorthox; dan Chromorthox (Soil Survey Staff USDA, 1975) atau Latosol oksic; Latosol haplik; Latosol rodik; dan Latosol kromik (Darmawidjaja, 1990). Tanah-tanah ini mempunyai tekstur clay loam di permukaan dan clay di bawah permukaan (Rohmat, 2004). Lima macam penggunaan lahan ditemukan di atas tanah tersebut yaitu palawija (second crops); agroforestri (agroforestry); lahan tidak digarap (non arable land), hutan (forest); dan permukiman (settlement). Palawija merupakan budidaya lahan kering dengan dominasi tanaman semusim; sedang tanaman tahunan difungsikan sebagai tanaman pelindung atau tanaman batas lahan. Jenis tanaman yang dikembangkan pada lahan ini antara lain jagung, kacang tanah, ubi jalar, padi gogo, singkong, jahe, dan cabe keriting. Palawija tersebar pada tanah Chromorthox, Haplorthox, dan Oxthorthox. Pengolahan tanah dan pemakaian bahan organik intensif. Seluruh lahan telah berteras, kemiringan lahan dianggap sama dengan nol. Secara kualitatif, penutupan lahan oleh tajuk tanaman bervariasi dari 50 % sampai dengan 90 %. Agroforestry, tertdiri atas hutan rakyat dan sistem tumpang sari. Sistem hutan rakyat, adalah sistem pemanfaatan lahan dengan tanaman tahunan (100 %). Dominasi tanaman berupa Albazia dari jenis Sengon dan Sengon Buto, dengan jarak tanam masing-masing sekitar 2 x 3 meter dan 5 x 5 meter. Penutupan lahan mencapai 80 - 100 %. Pada sistem tumpang sari, tanaman tahunan yang ditemukan adalah cengkih dan sengon, dengan jarak tanam sekitar 10 x 10 meter.
Soekarno, Rohmat.
Tanaman semusim yang tumbuh di antara tanaman cengkih adalah cabe, sedangkan di antara tanaman sengon adalah jagung dan singkong. Penutupan lahan pada ini sekitar 70 %. Penggunaan lahan agroforestri tersebar pada tanah Chromorthox, Haplorthox, Oxthorthox, dan Rhodorthox. Lahan ini umumnya telah berteras, sehingga kemiringan lereng dianggap sama dengan nol. Lahan yang tidak digarap, tersebar pada tanah Haplorthox, dan Rhodorthox. Tumbuhan dominan adalah semak dari alang-alang dengan penutupan lahan 100 %. Hutan (Kayu Campuran), merupakan lahan yang didominasi tanaman tahunan dari jenis kayu-kayuan dan difungsikan sebagai hutan lindung. Di bawah tegakan tumbuh tanaman perdu, semak, dan rumput liar. Dengan demikian, lahan tertutup rapat oleh tajuk tanaman (100%). Areal ini menempati tanah Haplorthox dan Chromorthox, dengan kemiringan dianggap sama dengan nol. Permukiman di lokasi penelitian merupakan pemukiman khas dataran tinggi (upland); berteras, terdapat tampungan (storage) di permukaan lahan, tidak mempunyai saluran drainase khusus, namun mempunyai halaman bermain dan budidaya tanaman pekarangan. Penutupan lahan di areal permukiman sekitar 30 – 40 %. Tanah yang ditempati untuk permukiman adalah tanah Haplorthox, Oxthorthox, dan Rhodorthox.
3. Prosedur Pengumpulan Data Penelitian menggunakan metode observasi lapangan, dengan pendekatan empirik-analitik. Pengamatan lapangan dilakukan dalam kurun waktu 4 bulan, mulai bulan Januari 2001 hingga April 2001.
Pengamatan dan pengukuran debit sungai dilakukan pada setiap kejadan hujan, melalui pengamatan fluktuasi/kenaikan permukaan air sungai; pengukuran/ perhitungan luas penampang sungai sebagai fungsi dari tinggi muka air sungai; dan pengukuran kecepatan arus sungai. Pengukuran kecepatan aliran sungai dilakukan dengan menggunakan alat Current Meter. Debit sungai (Q) dihitung dengan menggunakan Persamaan (1). Q=A.v
(1) 3
dengan, Q adalah debit sungai (m /dt); A adalah luas penampang basah (m2); dan v adalah kecepatan arus sungai (m/dt)
4. Pola Intensitas Hujan Infiltrasi Empirik
dan
Model
4.1 Pola intensitas hujan Rohmat, (2005) telah memformulasi pola intensitas hujan guna memperoleh intensitas dan ketebalan hujan berdasarkan durasi dan probabilitas hujan yang sesuai untuk DAS bagian hulu. Pola intensitas hujan disajikan dalam bentuk persamaan yang menyatakan intensitas hujan (I; mm/ jam) sebagai fungsi dari durasi hujan (t; jam) dan probabilitas (%), atau I = f(t,p). Formulasi dilakukan berdasarkan 162 data kejadian hujan yang direkam selama kurun 3 tahun. Formula pola intensitas hujan hasil disajikan pada Persamaan (2).
⎛ 9,16 + 6,61.t ⎞ − k It, p = ⎜ ⎟.e t ⎝ ⎠
(2)
dengan, I adalah intensitas hujan (mm/jam); t adalah durasi hujan (jam); e = 2,718; k=0,0375. p; dan p adalah probabilitas (%). Ketebalan hujan selama kejadian hujan (R(t)t,p) dihitung oleh :
R (t )t , p = I t , p .t
(3)
Pengamatan dan perhitungan intensitas hujan dilakukan secara manual dan otomatik. Pengamatan hujan otomatik dilakukan dengan alat pengukur hujan otomatis yang mampu mengukur waktu hujan, durasi hujan dan ketebalan hujan. Data ketebalan dan durasi hujan digunakan untuk menghitung intensitas hujan per kejadian hujan. Alat ini tersedia dalam stasiun pengamatan cuaca di kawasan Cekungan Kecil Cikumutuk.
Intensitas hujan (Persamaan (2)) dan ketebalan hujan (Persamaan (3)) yang dihitung pada t = 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; dan 6 jam, dan p = 50 %; 16 %; dan 5 % disajikan pada Gambar 2. Secara statistika distribusi normal, p=50 % adalah nilai rata-rata; p=16 % adalah nilai rata-rata ditambah standar deviasi; dan p=5 % adalah nilai ekstrim.
Pengamatan hujan manual dilakukan untuk data ketebalan hujan kumulatif dari suatu kejadian hujan. Data ini digunakan sebagai pembanding dan koreksi untuk hujan kawasan Cekungan Kecil. Pengukur hujan manual ditempatkan pada 5 lokasi tersebar dan mewakili seluruh areal Cekungan.
Formula infiltrasi empirik untuk menduga besarnya laju infiltrasi akibat durasi hujan pada probabilitas hujan tertentu telah diformulasikan oleh Rohmat (2005). Formula tersebut didasarkan atas data lapangan sifat fisik dan hidraulik kolom tanah, dan data infiltrasi kumulatif empirik yang diukur setiap setelah kejadian hujan. Formula tersebut adalah
4.2 Model infiltrasi empirik
Vol. 13 No. 1 Januari 2006 25
Kajian Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil Berdasarkan Model Infiltasi Empirik ...
45
45
40
40 It,5
35 30
R(t)t,5
25
It,16
20
R(t)t,16
15
15
10
10
5
It,50
5
R(t)t,50
0
0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 t (jam)
p=5%
1,E+03
p = 16 % p = 50 %
1,E+02
Gambar 2. Intensitas hujan (It,p) dan ketebalan hujan (R(t)t,p; mm) menurut durasi hujan (t; jam) dan probabilitas (p; %)
1,E+01 5,00
4,00
⎡ µ ⎤ = 10.e ⎢ + 1⎥ ⎣ χ Cr ⎦
(4)
χN =
1.99 −0.59 p t
0.77 −0.40 p t
0,00
(cm) A
Nilai parameter X
p = 50 % 1,E+02
1,E+01 5,00
(lahan palawija)
4,00
59.48 e p 0.148
2.03
61.58 e p 0.268
4.95 −0.75 p t
p
3,00
2,00
(1/t; 1/jam)
(B) Lahan agroforestry (χA) 1,E+04
p=5% 1,E+03 p = 16 % p = 50 %
1,E+02
(lahan agroforestri) 1,E+01 5,00
t
1,00
p = 16 %
Nilai parameter X
95.93 e p 0.077
0,00
p=5%
N (cm)
dengan : f(t) adalah laju infiltrasi (mm/jam); e adalah Permeabilitas tanah (cm/jam); e= 2,718; a= -2,391– 0,090.θ+0,161.ηc+ 0,845.ηl ; µ = [-(10pF.∆θ]; ∆θ = η θ; dan χCr adalah infiltrasi kumulatif dummy (cm) untuk masing-masing macam penggunaan lahan. Infiltrasi kumulatif dummy disajikan dalam bentuk persamaan yang bentuknya berbeda menurut macam penggunaan (Cr). Cr terdiri atas W (palawija); A (agroforrestri); N (tidak digarap); H (kayu campuran/ hutan); (P) permukiman. Formula parameter χCr untuk masing-masing penggunaan lahan adalah :
χA =
1,00
1,E+03
a
69.36 e p 0.091
2,00
(A) Lahan palawija (χP)
a
χW =
3,00
(1/t ; 1/jam)
(Persamaan (4)) :
f (t ) mod el , cr
(5)
1,E+04
(cm)
20
F(t)model,cr = f(t)model,cr. T
W
25
Nilai parameter X
It,p ( mm/jam)
30
R(t)t,p (mm)
35
Selanjutnya infiltrasi kumulatif untuk setiap kejadian hujan dengan durasi hujan (t) tertentu, dihitung dengan Persamaan (5).
4,00
−0.46
(lahan tidak digarap)
3,00 2,00 (1/t; 1/jam)
1,00
0,00
(C) Lahan lahan tidak digarap (χN)
57.46 χ P = 0.251 e p
5.72 −0.66 p t
(lahan permukiman)
Pada semua probabilitas kejadian hujan, nilai χCr sebagai fungsi dari durasi hujan membentuk garis linier pada grafik semilogaritmik (lihat Gambar 3 (A) s.d (E)).
26 Jurnal Teknik Sipil
p=5%
1,E+04
H
(lahan hutan)
Nilai parameter X
χH =
(cm)
1,E+05
1,E+03 p = 16 % 1,E+02
1,E+01 5,00
p = 50 %
4,00
3,00
2,00
(1/t; 1/jam)
(D) Lahan hutan (χH)
1,00
0,00
Soekarno, Rohmat.
25.0
1,E+06 p=5%
1,E+05 1,E+04 1,E+03
p = 16 %
1,E+02
p = 50 %
1,E+01 5,00
F(t) (mm)
Nilai parameter X P (cm)
Palawija 20.0
Agroforestri
15.0
Tidak Digarap Hutan Permukiman
10.0
5.0
0.0
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
t (jam)
(1/t; 1/jam)
(E) Lahan palawija (χP)
(C) Probabilitas Hujan (p) 5 %
Gambar 3. Nilai infiltrasi kumulatif dummy pada lima macam penggunaan lahan (χCr) fungsi dari durasi hujan (t; jam) probabilitas (p; %) (A-E)
Gambar 4. Infiltrasi kumulatif model untuk lima macam penggunaan lahan dikelompokan berdasarkan Nilai probabilitas (p) 50 %; 16 %; dan 5 % (A-C)
4.2.1 Kuantitas infiltrasi kumulatif model Berdasarkan Persamaan (4) dan Persamaan (5), dihitung kuantitas laju infiltrasi dan infiltrasi kumulatif untuk masing-masing macam penggunaan lahan. Hasil perhitungan dikelompokan berdasarkan nilai probabilitas (p) 50; 16; dan 5 % dan disajikan dalam bentuk grafik Gambar 4 (A) s/d (C). 4,0
Infiltrasi kumulatif semakin besar dengan bertambahnya waktu hujan dan semakin kecilnya probabilitas hujan. Kuantitas infiltrasi kumulatif ini (mm) berkisar antara 1,59 – 20,50 untuk lahan palawija; 1,88 – 21,23 untuk lahan agroforestri; 1,36 – 17,84 untuk lahan tidak digarap; 1,11 – 23,88 untuk lahan kayu campuran; dan 1,28 – 22,59 untuk lahan permukiman.
5. Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil
3,5
F(t) (mm)
3,0
5.1 Curah hujan Rill (R(t)r) dan limpasan hujan empirik (ROempirik)
2,5 2,0
Palawija
1,5
Agroforestri
1,0
Tidak Digarap Hutan
0,5
Permukiman 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
t (jam)
(A) Probabilitas Hujan (p) 50 % 16,0 14,0
F(t) (mm)
12,0 10,0 8,0 Palawija Agroforestri Tidak Digarap Hutan Permukiman
6,0 4,0 2,0
0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 t (jam)
(B) Probabilitas Hujan (p) 16 %
Selama kurun waktu penelitian terdapat sekitar 166 data kejadian hujan. Pada data ini tercakup data durasi hujan (t; jam), ketebalan hujan (R(t); mm), intensitas hujan (I; mm/jam), dan waktu (tanggal dan jam) kejadian hujan. Hujan yang tercatat selama kurun penelitian tersebut didefinisikan sebagai ketebalan hujan riil atau (R(t)r. Di samping data hujan, dicatat pula data debit sungai pada kejadian hujan yang sama. Dari pengamatan selama 3 bulan tercatat sebanyak 29 buah data debit sungai (Q; m3/dt) yang terpercaya, dan mempunyai hubungan langsung dengan kejadian hujan (Tabel 1). Data Q (m3/dt) selanjutnya ditransformasi menjadi limpasan hujan empirik dalam satuan mm (ROempirik; mm) persamaan (6).
⎛ Q ⎞ ROempirik = ⎜ ⎟.t ' ⎝ 10. A ⎠
(6)
dengan ROempirik adalah ketebalan limpasan hujan empirik (mm); Q adalah debit sungai (m3/dt); A adalah luas cekungan kecil (Ha); dan t’ (dt) adalah durasi hujan yang dicatat dan mengakibatkan Q.
Vol. 13 No. 1 Januari 2006 27
Kajian Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil Berdasarkan Model Infiltasi Empirik ...
5.2 Bobot luas penggunaan lahan
5.3 Limpasan hujan cekungan (ROC)
Bobot wilayah (bCr) setiap macam penggunaan lahan merupakan proporsi suatu macam penggunaan lahan terhadap seluruh luas cekungan kecil (Cekungan Kecil Cikumutuk 128,42 Ha); atau dihitung sebagai luas suatu macam penggunaan lahan (lCr) dibagi dengan luas total cekungan kecil (L) (Tabel 2).
Perhitungan Kuantitas limpasan hujan cekungan (ROC) memerlukan masukan data ketebalan hujan, jumlah infiltrasi kumulatif tertimbang ∑(F’(t)Cr), dan jumlah simpanan air tertimbang (storage; Sr).
⎛l ⎞ bcr = ⎜ cr ⎟.100% ⎝L⎠
(7)
Tabel 1. Variabel hujan riil dan ROempirik
t (jam) 1,50 1,50 1,75 2,00 5,75 2,00 4,75 1,50 3,25 3,00 1,30 2,25 2,25 3,25 2,00 0,50 1,00 5,00 5,00 3,50 5,75 1,00 4,50 3,75 0,50 1,50 2,50 1,00 1,50
(R(t) 3,00 2,20 3,10 3,50 24,20 11,40 8,60 3,10 26,10 24,60 4,70 0,90 4,40 6,70 19,30 3,10 7,80 24,40 12,70 9,50 22,30 6,00 17,20 7,80 6,80 10,50 19,30 8,70 7,80
ROempirik (mm) 0,123 0,021 0,120 0,186 6,538 2,174 1,734 0,101 6,345 5,789 0,472 0,013 0,370 0,651 4,054 0,183 1,419 5,910 3,016 1,268 6,434 0,800 3,790 0,982 0,904 2,445 5,062 1,253 1,192
Tabel 2. Bobot luas masing-masing penggunaan lahan di Cekungan Kecil Cikumutuk
Penggunaan Lahan Palawija (W) Agroforestri (A) Tidak digarap (N) Hutan (H) Permukiman (P) Sawah (S) Jumlah
28 Jurnal Teknik Sipil
Luas (Ha) Bobot luas (bCr) 49.96 0.3890 35.15 0.2737 5.02 0.0391 14.18 0.1104 7.38 0.0575 16.73 0.1303 128.42 1,0000
5.3.1 Infiltrasi kumulatif tertimbang (F’(t)Cr) Infiltrasi kumulatif tertimbang (F’(t)Cr) untuk setiap macam penggunaan lahan merupakan angka hasil perkalian antara infiltrasi kumulatif hasil pemodelan (F(t)model,Cr) dengan bobot luasnya (bCr) (Persamaan 8). Perhitungan infiltrasi kumulatif model untuk setiap jenis penggunaan lahan (F(t)model,Cr) dilakukan dengan menggunakan Persamaan (4) dan Persamaan (5). Masukan untuk menghitung F(t)model,Cr adalah data variabel hujan riil (Tabel 1), serta data sifat fisik tanah pada setiap macam penggunaan lahan (Tabel 3). F’(t)Cr = F(t)model,Cr . bCr
(8)
5.3.2 Jumlah simpanan air tertimbang (Sr) Sawah, kolam atau macam penggunaan lahan sejenisnya, berfungsi sebagai areal tampungan untuk penyimpanan air di permukaan lahan pada saat hujan (storage). Jumlah storage sama dengan jumlah hujan (R(t)r; mm) dikalikan dengan luas areal tampungan. Secara proporsional, jumlah simpanan air dinyatakan dalam jumlah simpanan tertimbang (Sr). Sr = R(t)r . bCr.
(9)
5.3.3 Limpasan hujan cekungan (ROC) Limpasan hujan cekungan (ROC) untuk durasi hujan (t) dan probabilitas (p) kejadian hujan, dihitung berdasarkan persamaan (10). ROC = R(t)r – (∑(F’(t)Cr) + Sr)
(10)
Tabel 4 menyajikan hasil perhitungan ROC bersamasama dengan parameter jumlah hujan; ∑(F’(t)Cr; dan Sr. Air hujan yang diterima permukaan lahan, terbagi habis menjadi air infiltrasi, storage, dan limpasan (Eto = 0) (Gambar 5). Komponen lain, seperti intersepsi oleh tajuk tanaman, dan tampungan air dalam ledok (tampungan kecil) atau cebakan di permukaan tanah akan dihitung kemudian. Komponen storage mempunyai persentase yang tetap terhadap air hujan, setidaknya sampai dengan hujan maksimum yang tercatat dalam kurun waktu penelitian. Komponen ROC memperlihatkan peningkatan yang kontinyu dengan bertambahnya jumlah hujan. Kondisi ini berbanding terbalik dengan jumlah infiltrasi kumulatif tertimbang. ROC akan bertambah manakala ∑F’R(t) berkurang.
Soekarno, Rohmat.
100
80 70 R(t); F'(t); Sr; ROC
Koefisien CM menunjukkan limpasan hujan hasil perhitungan (ROC), yang riil terukur pada outlet cekungan kecil sebagai limpasan hujan langsung (direct run off).
F'(t)Cr (%) Storage (%) ROC (%) R(t) (mm)
90
60
Sisanya, yaitu (1 – CM), jika Eto = 0, adalah bentukbentuk simpanan air dalam kawasan cekungan kecil yang belum terpilah satu dengan lainnya. Bentukbentuk simpanan tersebut, yaitu :
50 40 30 20 10 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 t (jam)
Gambar 5. Proporsi infiltrasi kumulatif tertimbang (F’(t)), storage (Sr), dan limpasan hujan cekungan (ROC) dan ketebalan hujan (R(t)) untuk Cekungan Kecil Cikumutuk
5.4 Koefisien limpasan hujan cekungan 5.4.1 Koefisien limpasan hujan cekungan riil (C) Nilai C merupakan suatu koefisien yang menjelaskan berapa besar ROC yang riil menjadi limpasan hujan (ROempirik). Nilai C ini diperoleh dengan membagi ROempirik dengan ROC (Persamaan (10)).
C =
ROempirik
(10)
ROC
ROC, ROempirik, dan hasil perhitungan C, bersamasama dengan R(t) (mm), dan t (jam) disajikan pada Tabel 4. Terdapat kecenderungan hubungan yang cukup nyata antara jumlah hujan (R(t)r) dengan koefisien limpasan hujan cekungan riil (C). Nilai C semakin tinggi dengan bertambahnya jumlah hujan (Gambar 6). Antara (R(t)r dengan C mempunyai hubungan regresi logaritmik (Persamaan (11)). Persamaan tersebut mempunyai koefisien determinasi (R2) 0,87 dan nilai korelasi (r) sebesar 0,93. C = 0,168Ln(R(t)r) + 0,06
(11)
1) Intersepsi oleh tumbuhan, baik tajuk tanaman tinggi, tanaman semusim, semak, maupun rumput. 2) Tertahan oleh ledok, atau tampungan kecil di permukaan lahan atau akibat pengolahan tanah pada lahan pertanian. 3) Teknik konservasi dalam bentuk bak penampung air, rorak (soak way), dan sumur resapan (soak well). Persamaan (13) dan Gambar 6, menunjukkan bahwa pada semua kejadian hujan, koefisien CM bertambah dengan bertambahnya ketebalan hujan, sebagai fungsi dari t dan p. Pertambahan ini mengindikasikan bahwa: i)
Pada ketebalan hujan rendah (< 4 mm), koefisien limpasan cekungan (koefisien CM) adalah kecil (< 0.30), atau hanya sebagian kecil ROC (30 %) yang terukur menjadi ROempirik. Artinya, sebagian besar ROC (≥ 70 %) tertahan oleh cekungan kecil dan hanya sebagian kecil yang menjadi limpasan hujan riil (ROempirik).
ii) Pada ketebalan hujan lebih besar (> 6 - 24 mm), koefisien CM mempunyai nilai lebih tinggi (≥ 0.30 – 0.60). Artinya ROC semakin mendekati nilai ROempirik. Hal ini terjadi karena bentuk-bentuk simpanan air di cekungan kecil semakin mendekati optimum. iii) Nilai koefisien CM setelah mencapai hujan tertentu (> 24 mm) menuju konstan. Dalam kondisi ini bentuk-bentuk simpanan air di cekungan kecil telah mencapai optimum. Angka simpanan ini, paling tinggi sekitar 40 % dari ROC.
5.4.2 Koefisien limpasan cekungan model (CM)
0,70
Persamaan (11) menunjukkan hubungan fungsional logaritmik antara R(t)r dengan C. Menurut Persamaan (2), R(t)r merupakan :
0,60
(12)
Substitusi Persamaan (12) ke dalam Persamaan (11), diperoleh formula koefisien limpasan cekungan model (CM) sebagai fungsi dari lama hujan (t; jam) dan probabilitas kejadian hujan (p; %) (Persamaan (13)).
CM = 0,168Ln(H ) − 0,0063. p + 0,06 dengan H = (9,16 + 6,61.t)
Koefisien C
R(t )t , p = (9,16 + 6,61.t )e
−k
0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Hujan riil (R(t)r; mm)
(13)
Gambar 6. Grafik hubungan antara hujan riil (R(t)r; mm) dengan koefisien limpasan cekungan kecil (C)
Vol. 13 No. 1 Januari 2006 29
Kajian Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil Berdasarkan Model Infiltasi Empirik ...
Tabel 3. Sifat-sifat tanah pada masing-masing penggunaan lahan di cekungan kecil Cikumutuk
No 1 2 3 4 5
2 (%) 41.63 42.88 43.73 45.13 45.17
Jenis Penggunaan Lahan Kebun Campuran (Agroforestri) Ladang/Tegalan (palawija) Alang-alang/semak (Tidak digarap) Hutan (Kayu campuran) Pemukiman
0 (%) 60.94 60.69 58.73 58.39 58.79
0c (%) 14.52 13.4 11.71 11.51 11.07
0l (%) 5.03 5.01 4.89 4.96 4.96
)2 0.1931 0.1781 0.1500 0.1326 0.1362
Tabel 4. Proporsi F’(t)Cr, Sr, dan ROC menurut ketebalan hujan cekungan kecil Cikumutuk
Variabel hujan
Proporsi air hujan (mm)
Persentase dari R(t)r (%)
No. t (jam)
p (%)
R(t)r (mm)
F'(t)Cr
Sr
ROC
F'(t)Cr
Sr
ROC
1
2,25
87,59
0,90
0,60
0,12
0,18
67,01
13,03
19,96
2
1,50
57,60
2,20
1,82
0,29
0,09
82,72
13,03
4,25
3
1,75
50,67
3,10
2,17
0,40
0,52
70,10
13,03
16,88
4
2,00
49,48
3,50
2,30
0,46
0,74
65,71
13,03
21,26
5
1,50
49,33
3,00
2,17
0,39
0,44
72,29
13,03
14,68
6
1,50
48,45
3,10
2,21
0,40
0,49
71,26
13,03
15,71
7
2,25
45,27
4,40
2,64
0,57
1,19
59,90
13,03
27,07
8
4,75
41,36
8,60
3,95
1,12
3,53
45,97
13,03
41,00
9
3,25
40,54
6,70
3,42
0,87
2,41
51,06
13,03
35,91
10
3,75
39,22
7,80
3,79
1,02
2,99
48,60
13,03
38,37
11
0,50
37,11
3,10
2,01
0,40
0,68
64,90
13,03
22,08
12
1,30
35,44
4,70
2,78
0,61
1,31
59,14
13,03
27,83
13
3,50
32,63
9,50
4,47
1,24
3,79
47,08
13,03
39,89
14
5,00
32,03
12,70
5,55
1,65
5,49
43,71
13,03
43,26
15
1,00
25,77
6,00
3,10
0,78
2,12
51,69
13,03
35,28
16
1,50
23,85
7,80
3,82
1,02
2,96
48,97
13,03
38,00
17
4,50
21,77
17,20
7,26
2,24
7,70
42,23
13,03
44,74
18
5,75
19,98
22,30
9,11
2,91
10,29
40,83
13,03
46,14
19
1,00
18,77
7,80
3,65
1,02
3,14
46,76
13,03
40,21
20
2,00
17,99
11,40
5,15
1,49
4,77
45,15
13,03
41,82
21
5,75
17,80
24,20
9,85
3,15
11,20
40,69
13,03
46,28
22
0,50
16,16
6,80
2,84
0,89
3,07
41,83
13,03
45,14
23
1,50
15,92
10,50
4,75
1,37
4,38
45,28
13,03
41,70
24
1,00
15,86
8,70
3,94
1,13
3,63
45,29
13,03
41,69
25
5,00
14,62
24,40
10,06
3,18
11,16
41,21
13,03
45,76
26
2,50
7,62
19,30
8,70
2,51
8,08
45,10
13,03
41,87
27
3,00
4,38
24,60
11,94
3,20
9,45
48,54
13,03
38,43
28
3,25
4,28
26,10
12,68
3,40
10,02
48,59
13,03
38,39
29
2,00
3,95
19,30
9,57
2,51
7,21
49,61
13,03
37,36
30 Jurnal Teknik Sipil
Soekarno, Rohmat.
Tabel 5. Jumlah ROC, ROempirik, dan C menurut hujan riil cekungan kecil Cikumutuk
No
t (jam)
p (%)
R(t) (mm)
ROC (mm)
ROempirik (mm)
C
1
1,50
49,33
3,00
0,44
0,1232
0,2798
2
1,50
57,60
2,20
0,09
0,0206
0,2206
3
1,75
50,67
3,10
0,52
0,1198
0,2290
4
2,00
49,48
3,50
0,74
0,1861
0,2501
5
5,75
17,80
24,20
11,20
6,5383
0,5838
6
2,00
17,99
11,40
4,77
2,1735
0,4559
7
4,75
41,36
8,60
3,53
1,7338
0,4917
8
1,50
48,45
3,10
0,49
0,1014
0,2082
9
3,25
4,28
26,10
10,02
6,3445
0,6333
10
3,00
4,38
24,60
9,45
5,7891
0,6123
11
1,30
35,44
4,70
1,31
0,4721
0,3609
12
2,25
87,59
0,90
0,18
0,0125
0,0698
13
2,25
45,27
4,40
1,19
0,3701
0,3107
14
3,25
40,54
6,70
2,41
0,6514
0,2708
15
2,00
3,95
19,30
7,21
4,0543
0,5622
16
0,50
37,11
3,10
0,68
0,1825
0,2667
17
1,00
18,77
7,80
3,14
1,4190
0,4525
18
5,00
14,62
24,40
11,16
5,9100
0,5293
19
5,00
32,03
12,70
5,49
3,0161
0,5489
20
3,50
32,63
9,50
3,79
1,2679
0,3346
21
5,75
19,98
22,30
10,29
6,4345
0,6254
22
1,00
25,77
6,00
2,12
0,7999
0,3778
23
4,50
21,77
17,20
7,70
3,7901
0,4925
24
3,75
39,22
7,80
2,99
0,9817
0,3280
25
0,50
16,16
6,80
3,07
0,9042
0,2946
26
1,50
15,92
10,50
4,38
2,4452
0,5585
27
2,50
7,62
19,30
8,08
5,0617
0,6264
28
1,00
15,86
8,70
3,63
1,2531
0,3455
29
1,50
23,85
7,80
2,96
1,1920
0,4021
Vol. 13 No. 1 Januari 2006 31
Kajian Koefisien Limpasan Hujan Cekungan Kecil Berdasarkan Model Infiltasi Empirik ...
6. Kesimpulan 1. Koefisien limpasan hujan (C) untuk Cekungan Kecil Cikumutuk merupakan fungsi linier dari nilai Ln ketebalan hujan (R(t)r). Nilai gradient Ln R(t)r bernilai positif (0,168). 2. Koefisien C model (CM) menunjukkan proporsi limpasan hujan model (ROC), yang riil terukur pada outlet cekungan kecil atau ROempirik. CM merupakan fungsi linier ganda dari Ln H dan probabilitas hujan (p). Gradien H adalah positif (0,168) dan gradien p adalah negatif (-0,0063). H merupakan fungsi linier dari durasi hujan (t) dengan gradien bernilai positif. 3. Pada ketebalan hujan rendah (< 4 mm), nilai CM adalah kecil (< 0.30), atau hanya sebagian kecil ROC (30 %) yang riil menjadi ROempiric, sebagian besar (≥ 70 %) tertahan oleh cekungan kecil. 4. Pada ketebalan hujan lebih besar (> 6 - 24 mm), CM mempunyai nilai lebih tinggi (≥ 0.30 – 0.60). Artinya ROC semakin mendekati nilai ROempirik. Dalam kondisi ini simpanan air di cekungan kecil mendekati optimum. 5. Nilai koefisien CM pada hujan > 24 mm cenderung menuju konstan. Dalam kondisi ini bentuk-bentuk simpanan air di cekungan kecil hampir optimum. 6. Nilai (1–CM) menunjukkan proporsi ROC yang tersimpan pada cekungan kecil dalam bentuk intersepsi tumbuhan; tertahan oleh ledok, tampungan kecil, atau reservoir-reservoir buatan, baik di permukaan maupun di dalam tanah. Simpanan ini, sekitar 40 % dari ROC.
Daftar Pustaka Dede, R., Soekarno, I., 2004, “Pendugaan Limpasan Hujan pada Cekungan Kecil Melalui Pengembangan Persamaan Infiltrasi Kolom Tanah (Kasus di Cekungan Kecil Cikumutuk DAS Cimanuk Hulu); Makalah PIT HATHI XXI, Sept.-Okt. 2004, Denpasar-Bali. Dede, R., 2005, “Model Infiltrasi Kolom Tanah untuk Menduga Limpasan Hujan pada Cekungan Kecil di DAS Bagian Hulu (Kasus Cekungan Kecil Cikumutuk DAS Cimanuk Hulu)”, Disertasi Doktor, Teknik Sipil, FTSP, ITB. Departemen Kehutanan, 1985, dalam Puslittanak, 1997, “Statistik Sumber Daya Lahan/Tanah Indonesia”, Balitbang Pertanian, Departemen Pertanian; 29. Isa, D., 1990, “Klasifikasi Tanah”, Gadjah Mada University Press. Yogyakarta; 295-319.
32 Jurnal Teknik Sipil
Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat, Puslittanak, 1997, “Statistik Sumber Daya Lahan/Tanahi Indonesia”, Balitbang Pertanian, Departemen Pertanian; 32. Purwanto, E., 1999, “Erosion, Sediment Delivery and Soil Conservation in an Upland Agricultural Catchment in West Java, Indonesia; A Hydrological Approach in A Socio-Economic Context”, Academisch Proefschrift, Vrije Universeteit te Amsterdam. Soil Survey Staff USDA, 1975, “Soil Taxonomy, A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Survey”, Soil Conserv. Service USDA, Agric. Handbook No. 436. World Bank, 1993, in Purwanto, E., 1999. “Erosion, Sediment Delivery and Soil Conservation in An Upland Agricultural Catchment in West Java, Indonesia; A Hydrological Approach in A Socio-Economic Context”, Academisch Proefschrift, Vrije Univ. Amsterdam.
Notasi DAS bCr C CM, ∆θ F’(t)Cr ∑F’(t)Cr f(t) F(t) I(t) η ηc ηl p
ψ
Q ROC ROempirik R(t) Sr t θ v
Daerah Aliran Sungai Bobot luas macam penggunaan Koefisien limpasan cekungan riil Koefisien limpasan cekungan model Pertambahan kandungan air Infiltrasi kumulatif tertimbang Jumlah infiltrasi kumulatif tertimbang Laju infiltrasi Infiltrasi kumulatif Intensitas hujan Porositas total Pori drainase cepat Pori drainase lambat Probabilitas kejadian hujan (%) Suction head. Debit sungai. Limpasan hujan cekungan Limpasan hujan hasil pengukuran Ketebalan hujan Simpanan air hujan tertimbang Durasi hujan Kandungan air Kecepatan arus sungai
